轻型卡车离合器课件

1、轻型卡车离合器设计说明书组员：冯云剑 201324211 张亚兰 201324206 曹娇娇 201324207 陈旭阳 201324208 崔然涛 201324210指导老师：林荣会目录1 绪论31.1 概述31.2 汽车离合器的发展41.3 汽车离合器存在的主要问题及故障分析51.3.1 离合器打滑.31.3.2 离合器异常问题61.3.3 离合器分离不彻底.72 从动盘毂设计.82.1 从动盘毂花键的尺寸的选取.82.2 花键强度校核.93摩擦片设计.103.1 后备系数.103.2 离合器的静摩擦力矩TC.103.3 单位压力p0 和摩擦因数f. 113.4 摩擦片外径D、内径d和厚度

2、b.123.5 离合器基本参数的校核.134 扭转减震器的设计.154.1扭转减震器的作用.154.2 极限转矩.154.3扭转角刚度 .154.4 弹簧尺寸的确定.165 压盘和离合器盖设计.175.1 压盘设计.175.1.1压盘几何尺寸的确定.175.1.2 压盘温升的校核.17附：设计车型参数.191 绪论1.1 概述 离合器是传动系统中直接与发动机相连接的装置。它的作用是平稳接合、切断发动机和传动系之间的动力传递。离合器可以保证汽车平稳起步；避免变速器换挡时，轮齿间发生剧烈的冲击；防止传动系中各零部件由于过载而损坏。目前，汽车在社会的地位越来越重要。它已经成为一个生活必需品，伴随我们

3、的生活，学习，工作以及娱乐。汽车工业正在不断壮大，不断发展。各种能满足不同需求的汽车以及豪华型汽车越来越多，人们对汽车的要求也越来越高。在大众对汽车的要求中，汽车的舒适性和安全性占重要地位。在汽车的舒适性和安全性中，离合器是其决定性因素之一。研究离合器就相当于研究人们的安全和舒适，我们有责任将汽车做得更完美，更适合人们使用，让人民生命安全更有保障。 每年因离合器发生的安全事故在车祸的总数中占很大比例。2006年2月20日，大众汽车旗下的高档车生产商奥迪公司宣布，已开始召回70000辆奥迪A3轿车。据大众汽车有关人士表示，奥迪的本次召回行动涉及全球市场，原因是离合器存在问题。2008年12月16

4、日18点40分，一辆车牌号为川A85182的45路公交车在成都石油路公交站台前起步时，发生离合器压盘爆裂事故（本报曾报道）。昨日，成都客车厂通报了事故原因，称此次事故是由离合器压盘材料质量引起，而出售此材料的国内某汽车集团公司底盘公司负全部责任。据悉，公交公司还查出另外3辆公交车也存在同样的毛病，这3辆车已经停运。随着汽车发动机转速、功率的不断提高和汽车电子技术的高速发展，人们对离合器的要求越来越高。从提高离合器工作性能角度出发，传统的推式膜片弹簧离合器正逐步地向拉式膜片弹簧离合器结构发展，传统的操纵形式正向自动操纵的形式发展。因此，提高离合器的可靠性和延长其使用寿命，适合发动机的高转速，增加

5、离合器传递转矩的能力和简化操纵，已成为离合器发展趋势。本次设计，我力争把离合器设计系统化，为离合器设计者提供一定的参考价值。抛弃传统的推式膜片弹簧离合器，设计新式的拉式膜片弹簧离合器是本次设计的主要特点。1.2 汽车离合器的发展在早期研发的离合器结构中，锥形离合器最为成功。它的原形设计曾装在1889年德国戴姆勒公司生产的钢质车轮的小汽车上。它是将发动机飞轮的内孔做成锥体作为离合器的主动件。对当时来说锥形离合器的制造比较容易，摩擦面容易修复。它的摩擦材料曾用过驼毛带、皮革带等。那时也曾出现过蹄-鼓式离合器来代替锥形离合器。但无论锥形离合器、还是蹄-鼓式离合器，都容易造成分离不彻底甚至出现主、从动

6、件根本无法分离的自锁现象。现在所有的盘片式离合器的先驱是多片盘式离合器，它是直到1925年以后才出现的。多片离合器最主要的优点是，在汽车起步时离合器的结合比较平顺，无冲击。早期的设计中，多片按成对布置设计，一个钢盘片对着一青铜盘片。采用纯粹的金属对金属的摩擦副，把它们浸在油中工作，能达到更加满意的性能。浸在油中的盘式离合器，盘子直径不能太大，以避免在高速时把油甩掉。此外，油也容易把金属盘片粘住，不易分离。但毕竟还是优点大于缺点。因为在当时，许多其他离合器还在原创阶段，性能很不稳定。石棉基摩擦材料的引入和改进，使得盘式离合器可以传递更大的转矩，能耐受更高的温度。此外，由于采用石棉基摩擦材料后可用

7、较小的摩擦面积，因而可以减少摩擦片数，这是由多片离合器向单片离合器转变的关键。20世纪20年代末，只到进入30年代时，只有工程车辆、赛车和大功率的轿车上才使用多片离合器。实际上早在1920年就出现了单片式离合器，但由于当时技术设计上的缺陷，造成了单片离合器在结合时不够平顺等问题。但是，单片干式离合器结构紧凑，散热良好，转动惯量小，所以以内燃机为动力的汽车经常采用它，尤其是成功地开发了价格便宜的冲压件离合器盖以后更是如此。多年的实际经验和技术上的改进使人们逐渐趋向于首先单片干式摩擦离合器，因为它具有从动部分转动惯量小、散热性好、结构简单、调整方便、尺寸紧凑、分离彻底等优点，而且由于在结构上采取一

8、定措施，已能做到结合平顺，因此现在广泛用于大、中、小各类车型中。如今单片干式摩擦离合器在结构设计方面相当完善。采用具有轴向弹性的从动盘，提高了离合器的结合平顺性。离合器从动盘总成中装有扭转减震器，防止了传动系统的扭转共振，减小了传动系统噪声和动载荷。随着人们对汽车舒适性要求的提高，离合器在原有基础上得到不断该进，乘用车上愈来愈多采用双质量飞轮的扭转减振器，能更有效地降低传动系的噪声。对于重型离合器，由于商用车趋于大型化，发动机功率不断加大，但离合器允许加大尺寸的空间有限(现离合器从动盘的直径已达430mm)，离合器的使用条件日酷一日，增加离合器传扭能力，提高其使用寿命，简化操作，已成为重型离合

9、器当前的发展趋势。为了提高离合器的传扭能力，在重型汽车上可采用双片干式离合器。从理论上讲，在相同径向尺寸下，双片离合器的传扭能力和使用寿命是单片的一倍，但受到其他客观因素的影响(如散热等)，实际的效果要比理论值低一些。结构上采用拉式膜片弹簧的离合器，其允许的传扭能力要比推式大。从动盘采用金属陶瓷的离合器比一般有机片摩擦材料的离合器传扭能力要提高30%，而使用寿命至少提高70%以上。近年来湿式离合器在技术上不断改进，在国外某些重型牵引汽车和自卸汽车上又开始采用多片湿式离合器。与干式离合器相比，由于用油泵进行强制冷却的结构，摩擦表面温度较低(不超过93)，因此，起步时长时间打滑也不致烧损摩擦片。据

10、报道，这种离合器有着良好的起步能力，其使用寿命可达干式离合器的5-6倍。1.3 汽车离合器存在的主要问题及故障分析1.3.1 离合器打滑 当发生离合器打滑时，应进行正确的故障原因分析。(1)造成离合器打滑的原因 从动盘磨擦片磨损过度或铆钉外露; 离合器压盘弹簧过软或折断; 离合器踏板自由行程过小; 从动盘摩擦片上有油污或老化变硬; 离合器与飞轮接合螺栓松动; 离合器总泵回油孔堵塞。(2)故障排除顺序和方位 检查踏板自由行程，如不符合标准值，应予以调整; 若自由行程正常，应拆下离合器底盖，检查离合器盖与飞轮接合螺栓是否松动，如有松动，应予扭紧; 察看离合器磨擦片的边缘是否有油污甩出，如有油污应拆

11、下用汽油或碱水清洗并烘干，然后找出油污来源并排除之; 如发现磨擦片严重磨损、铆钉外露、老化变硬、烧损以及被油污浸透到等，应更换新片，更换的新磨擦片不得有裂纹或破损，铆钉的深度应符合规定; 检查离合器总泵回油孔，如回油孔堵塞应予以疏通; 如经过上述检查、调整修理，仍未能排除故障，则分解离合器，检查压盘弹簧的弹力。压盘弹簧良好时，应长短一致，如参差不齐，应更换新品，如弹力稍有减少，长度差别不大，可在弹簧下面加减垫片调整。1.3.2 离合器异常问题 1、注意离合器是否打滑，造成此类现象的原因有几种，其主要原因是离合器踏板自由行程太小、分离轴承经常压在膜片弹簧上，使压盘总是处于半分离状态。或者是离合器

12、压盘弹簧过软或有折断，离合器与飞轮连接的螺丝松动等。 2、在发动机怠速状态下，踩下离合器踏板几乎触底时，才能切断离合器。踩下离合器踏板，感到挂挡困难或变速器齿轮出现刺耳的撞击声，或挂挡后不抬离合器踏板，车辆开始行驶，这都表明该车的离合器分离不彻底。 3、踩下离合器踏板到3/4时，离合器就应该稳固接合，否则检查其行程是否合适，可用直尺在踏板处测量，先测出踏板最高位置高度，再测出踩下踏板到感到有阻力时的高度，两个数值的差就是该车离合器行程数值。 4、如果在使用离合器过程中出现异响也是不正常的。其故障原因是分离轴承磨损严重、轴承回位弹簧过软或折断、膜片弹簧支架有故障等。1.3.3 离合器分离不彻底

13、1、离合器分离不彻底有以下两种现象：(1)汽车起步时，将离合器踏板踩下去，超过自由行程，却仍感到挂档困难;如果是强行挂入档，但是还没有完全抬起离合器踏板，车就前进或后移，并导致发动机熄火。(2)行驶中换档困难，或挂不上档，变速器内发生齿轮的撞击声。 2、发生离合器分离不彻底的主要原因有： 离合器踏板自由行程太大;分离杠杆内端不在同一平面上，个别分离杠杆变形、折断、磨损严重;离合器从动盘翘曲，铆钉松脱，或者更换的新离合器摩擦片过厚;离合器从动盘正、反面装反;从动盘毂键槽和变速器第一轴花键齿间隙过小或卡住，造成移动困难。 3、发生此类故障的诊断办法是： 将车开至平坦的路面上，变速杆放在空档位置，踩

14、下离合器踏板，如果只有驾驶员一人，可以用一根木棍将离合器踏板压下去，并顶住(拉起制动手柄，使手制动发生作用)。在飞轮壳下面孔内，用螺丝刀推动离合器片，如果能轻轻地推动，说明离合器还能切断，如果推不动，说明离合器分离不开。 其实，离合器分离不好的主要原因是离合器踏板的自由行程太大。再就是更换离合器从动盘后，由于忽视了对变速器第一轴的清洗，有杂质，造成从动盘毂和第一轴的间隙过小，移动阻力大，离合器分离不好。用户在购买离合器从动盘总成时，应检查有无翘曲，其厚度应符合标准，如果翘曲或太厚，应予以更换。 综上所述，离合器的设计一定要克服离合器打滑、分离不彻底、异常响动等主要问题。所以在设计离合器是一定要

15、重视细节问题，每一个细节都可能影响汽车在正常行驶时是否发生安全事故。2 从动盘毂设计2.1 从动盘毂花键的尺寸的选取 从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件，它几乎承受由发动机传来的全部转矩。它一般采用齿侧对中的矩形花键安装在变速器的第一轴上，花键的尺寸可根据摩擦片的外径与发动机的最大转矩由表2-1选取。 选取，齿数n=10,外径D=40mm，内径d=32mm，齿厚t=5mm，有效长度l=40mm 表2-1 从动盘毂花键的尺寸从动盘外径D/mm发动机转矩/Nm花键齿数n花键外径D/mm花键内径d/mm键齿宽b/mm有效齿长l/mm挤压应力/MPa1605010231832010180701026

16、2132011.820011010292342511.322515010322643011.525020010352843510.428028010353244012.730031010403254010.732538010403254511.635048010403255013.2从动盘毂的轴向尺寸不宜过小，以免在花键轴上滑动时产生偏斜而使分离不彻底。从动盘毂的轴向工作长度应满足以下两个方面的要求。a.导向要求。为了保证从动盘毂在变速器第一轴上滑动时不产生自锁，花键毂的轴向长度不宜过小，一般应与花键外径大小相同，对于工作条件恶劣的离合器，其盘毂的长度更大，可达花键外径的1.4倍。b.强度要求

17、。花键尺寸选定后应进行强度校核。由于花键损坏的主要形式是由于表面受挤压过大而破坏，所以花键要进行挤压应力计算，当应力偏大时可适当增加花键毂的轴向长度。从动盘毂一般采用锻钢(如35，45，40等) ，并经调质处理，表面和心部硬度一般在2632HRC.为提高花键内孔表面硬度和耐磨性，可采用镀铬工艺，对减振弹簧窗口及与从动片配合处，应进行高频淬火处理。2.2 花键强度校核由于花键损坏的主要形式是由于表面受挤压过大而破环，所以花键要进行挤压应力计算，当应力偏大时可适当增加花键毂的轴向长度。挤压应力的计算公式如下： (2-1)式中 P花键的齿侧面压力，N。它由下式确定： 分别为花键的内外径 Z从动盘毂的

18、数目 发动机最大转矩 n花键齿数 h花键齿工作高度， l花键有效长度由公式（2-1） =所以满足设计要求。3 摩擦片设计3.1 后备系数后备系数反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。为可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨时间过长，不宜选得过小；为使离合器尺寸不致过大，减少传动系过载，保证操纵轻便，又不宜选得太大；当发动机后备功率较大、使用条件较好时，可选取小些；当使用条件恶劣时，为提高起步能力，减少离合器滑磨，应选取大些；汽车总质量越大，也应选得越大；采用柴油机时，由于工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取的值应比汽油机大些；发动机缸数越多，转矩波动越小，可选的越小；膜片弹簧离合器由于摩擦片磨

19、损后压力保持较稳定，选取值可比螺旋弹簧离合器小些；双片离合器值应大于单片离合器。各类汽车离合器的取值范围见表3-1。表3-1 离合器后备系数的取值范围车型后备系数乘用车及最大总质量小于6t的商用车1.201.75最大总质量为614t的商用车1.502.25挂车1.804.00考虑到所设计轻型卡车采用4缸柴油机、膜片弹簧单片离合器，选取为1.50。3.2 离合器的静摩擦力矩TC摩擦离合器是靠存在于主、从动部分摩擦表面的摩擦力矩来传递发动机转矩的。离合器静摩擦力矩TC为：Tc=12fZp0D3(1-c3)式中：f摩擦面间的静摩擦系数，一般取0.250.3; Z摩擦面数，单片离合器Z=2，双片离合器

20、Z=4；po单位摩擦面上所承受的压力；D摩擦片外径；c 摩擦片内、外径之比，c=d/D（一般在0.530.7）。为保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的最大转矩，设计时Tc应大于发动机的最大转矩，常按照经验公式计算，即：Tc=Temax式中，Temax为发动机最大转矩，该车型为285N·m因此，代入数据得：Tc=Temax=1.50×285=428N·m3.3 单位压力p0 和摩擦因数f单位压力p0决定了摩擦表面的耐磨性，对离合器工作性能和使用寿命有很大影响，选取时应考虑离合器的工作条件、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。离合器

21、使用频繁，工作条件比较恶劣单位压力p0较小为好。当摩擦片的外径较大时也要适当降低摩擦片摩擦面上的单位压力p0，因为在其它条件不变的情况下，由于摩擦片外径的增加，摩擦片外缘的线速度变大，滑磨时发热严重，再加上因整个零件较大，零件的温度梯度也大，零件受热不均匀，为了避免这些不利因素，单位压力p0应随摩擦片外径的增加而降低。选取时应考虑离合器的工作条件、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。当摩擦片采用不同的材料时，p0取值范围见表3-2。表3-2 摩擦片单位压力p0的取值范围摩擦片材料单位压力/MPa石棉基材料模压0.150.25编织0.250.35粉末冶金材料模压0.3

22、50.50编织金属陶瓷材料0.701.50注：对于有机材料的，一般轿车取0.180.28MPa，货车为0.140.23MPa,城市公交取0.10.13MPa,其中小值对应于使用频繁和载重大的汽车。摩擦片的摩擦因数f取决于摩擦片所用的材料及其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素。摩擦片的材料主要有石棉基材料、粉末冶金材料和金属陶瓷材料等。石棉基材料的摩擦因数f受工作温度、单位压力和滑磨速度的影响较大，而粉末冶金材料和金属陶瓷材料的摩擦因数f较大且稳定。各种摩擦材料的摩擦因数f的取值范围见表3-3。表3-3 摩擦材料的摩擦因数f的取值范围摩擦材料摩擦因数石棉基材料模压0.200.25编织0.250.

23、35粉末冶金材料铜基0.250.35铁基0.300.50金属陶瓷材料0.4对于所设计的车型，考虑到粉末冶金材料（铜基）表面许用温度、许用压力、高温下摩擦系数和寿命都较高，选取摩擦片材料为粉末冶金材料（铜基），取单位压力p0为0.35，摩擦因数f为0.30。3.4 摩擦片外径D、内径d和厚度b摩擦片外径对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命有决定性的影响。当离合器结构形式及摩擦片材料已选定，发动机最大转矩Temax已知，摩擦片外径D(mm)也可根据发动机最大转矩Temax(N·m)按如下经验公式选用 KD为直径系数，取值范围见表3-4。表3-4 直径系数 KD的取值范围车型直径系数乘用车1

24、4.6最大总质量为1.814.0t的商用车16.018.5(单片离合器)13.515.0(双片离合器)最大总质量大于14.0t的商用车22.524.0KD取18.0，按Temax初选D以后，还需要注意摩擦片尺寸应符合尺寸系列标准。表3-5为我国摩擦片尺寸的标准。表3-5 离合器摩擦片尺寸系列和参数外径Dmm160180200225250280300325内径dmm110125140150155165175190厚度/mm3.23.53.53.53.53.53.53.50.6870.6940.7000.6670.6200.5890.5830.5850.6760.6670.6570.7030.76

25、20.7960.8020.800单面面积cm2106132160221302402466546所以，根据表中摩擦片尺寸系列标准，取：离合器摩擦片外径： D=300mm离合器摩擦片内径： d=175mm离合器摩擦片厚度： b=3.5mm 摩擦片的内外径比： c=0.583单面的摩擦片面积： F=466cm2 3.5 离合器基本参数的校核3.5.1摩擦片外径D(mm)的选取应使最大圆周速度vD不超过6570m/s即： vD=60nemaxD×10-36570m/s式中： vD摩擦片最大圆周速度（m/s）nemaxD发动机最高转速取3600 r/minD摩擦片外径径取300 mm代入数据,

26、vD=60×3600×300×10-3=576570m/s所以，摩擦片外径D=300 mm符合条件。3.5.2 摩擦片的内、外径比c应在0.530.70范围内，即0.53c=0.5830.70 符合条件5.5.3 为了保证离合器可靠地传递发动机的转矩，并防止传动系过载，不同车型的后备系数值应在一定范围内，最大范围为1.24.0。 选取1.50，符合条件。3.5.4 为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径d必须大于减振器弹簧位置直径2R0 约50mm ，即d>2R0+50mm 摩擦片内径d=175mm，符合条件。3.5.5为反映离合器传递的转矩并保护过载的能力，

27、单位摩擦面积传递的转矩应该小于其许用值，即：Tc0=4TcZD2-d2Tc0式中，Tc0为单位摩擦面积传递的转矩（N·m/mm2）；Tc0为其允许值（N·m/mm2），当D>250325时，Tc0为0.35×10-2经计算得，Tc0=0.23×10-2,所以，符合条件。3.5.6为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，对于不同车型，单位压力Po根据所用的摩擦材料在一定范围内选取，选取单位压力Po的最大范围为0.11.5Mpa。Po值为0.35MPa，故符合条件。3.5.7 为了减少汽车起步过程中离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤，离

28、合器每一次接合的单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值，即w=4WZD2-d2w式中，w为单位摩擦面积滑磨功（J/mm2）；w为其许用值（J/mm2），对于最大总质量小于6t的商用车：w=0.33 J/mm2W为汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨功（J），可根据下式计算W=2ne21800marr2i02ig2式中，ma为汽车总质量（kg）4300kg；rr为轮胎滚动半径（m）0.3764m；ig为汽车起步时所用变速器挡位的传动比4.72；i0为主减速器传动比5.91；ne为发动机转速（r/min）,计算时商用车取1500 r/min。计算得，w=0.104,故符合条件。4 扭转减震器的设计4.

29、1扭转减震器的作用扭转减震器主要有弹性元件和阻尼原件组成。弹性元件的主要作用是降低传动系统的固有频率，从而降低固有频率，改变固有谐振。阻尼原件主要考的是通过摩擦有效地耗散能量。4.2 极限转矩它受限于减震弹簧许多的许用应力等因素，与发动机的最大转矩有关一般可取 在该式子中，由于在该式子中为商用车因此系数取1.5，发动机最大转矩为300N·m，故需用的极限转矩为450N·m。4.3扭转角刚度决定减震弹簧的刚度以及结构布置尺寸，若减震弹簧在圆周上，由扭转角刚度的定义可得到，则： 4.4 弹簧尺寸的确定为弹簧的安装位置式中，d为离合器摩擦片的内径。全部减振弹簧总的工作负荷它是指在

30、从动盘毂法兰上缺口中的间隙消除时，减振弹簧压缩到极限位置时的工作负荷。用表示其中每一个弹簧的负荷为：弹簧减振尺寸1)弹簧中径 ：一般由结构布置来决定，通常 左右。本次取12mm。 2)弹簧钢丝直径 d ：弹簧刚度k应根据已选定的减振器扭转刚度值 及其布置尺寸 ，根据式子：减振弹簧有效圈数 ：,这里我们按照6圈进行计算G为材料的剪切弹性模量 减振弹簧最小高度 减振弹簧总变形量 减振弹簧自由高度 则弹簧的安装高度便为30.06mm5 压盘和离合器盖设计5.1 压盘设计5.1.1压盘几何尺寸的确定 在第3章有关离合器基本参数选择设计中，已经确定了摩擦片的内、外径尺寸。为了使摩擦片上压力分布均匀，一般压盘外径比摩擦片外径稍大，压盘内径比摩擦片内径稍小。所以压盘外径300mm，内径175mm。压盘厚度的确定主要依据以下两点： 1)压盘应具有足够的质量 在离合器的接合过程中，由于滑磨的存在，每接合一次的过程中都要产生大量的热，而每次结合的时间又短(大约3s左右)，因此热量根本来不及全部传到周围空气中去，必然导致摩擦副的温升。在使用频繁和艰难条件下工作的离合器，这种温升就更为严重。它不仅会引起摩擦片摩擦系数下降、